Raig: descàrrega elèctrica de 150 milions de volts
2001/03/25 Astobiza, Amaia
En els dies de tempestes elèctriques, podem dir que els núvols actuen com a enormes condensadors. Els condensadors són instruments formats per dues làmines conductores. Entre aquestes plaques es troba un dielèctric, és a dir, un aïllant elèctric. Aplicant la tensió, les càrregues negatives s'acumulen en una làmina i les positives en l'altra. D'aquesta forma es crea un camp elèctric entre les dues planxes on es pot emmagatzemar electricitat. Com s'ha dit, els núvols també actuen de manera similar. Pels motius que explicarem més endavant, la part superior dels núvols es converteix en positiva i la inferior en negativa.
Però per a comprendre millor els processos que es produeixen a l'interior dels núvols, recordem els dies sargóricos de l'estiu. En aquests casos, la humitat de l'aire és evident i la superfície terrestre està molt calenta. Per això, l'aire pròxim al sòl s'escalfa i s'expandeix fàcilment, disminuint la densitat i desplaçant l'aire cap amunt. En l'ascens es produeixen dos fenòmens junts. D'una banda, l'aire es refreda perquè s'allunya de la calor del sòl. D'altra banda, l'augment de l'altitud, unit a una menor pressió atmosfèrica, fa que l'aire es propagui més, la qual cosa també ajuda a la refrigeració.
En un moment d'aquest procés de refrigeració, l'aire ja no és capaç de retenir tanta humitat, per la qual cosa l'aigua es condensa i es forma la boira. En aquest procés de condensació del vapor s'allibera calor, per la qual cosa el núvol encara puja més ràpid i augmenta molt. A més, com més alta sigui el núvol, menor serà la temperatura en la part superior del núvol. Quan arriba a -10 i -20 C, el vapor d'aigua del núvol se sublima formant cristalls de gel. Així doncs, en aquest moment, en la part inferior del núvol tenim les gotes d'aigua i els trossos de gel en la part superior.
Però les gotes d'aigua generades són molt petites i no precipiten per si mateixes. A causa de les turbulències en l'aire, les gotes d'aigua i els cristalls de gel es toquen. A poc a poc els cristalls de gel augmenten i comencen a caure. En caure, la temperatura dels cristalls augmenta. En arribar a la zona 0 C els cristalls es fundin i llavors sí, ha arribat l'hora de treure el paraigua o de buscar refugi en la rampa. No obstant això, és possible que les gotes d'aigua generades per la fusió dels cristalls siguin capturades per una altra turbulència i tornin a la part superior. La formació de cristalls de gel de certa envergadura en aquesta part superior precipitarà com a calamarsa. Però, a partir d'aquests fets, com es produeixen els raigs? Com es produeix la transferència d'energia anteriorment esmentada? Hi ha diverses teories que tracten d'explicar aquest fenomen. Nosaltres, aquí, explicarem el més estès i acceptat.
Com hem dit abans, les turbulències provoquen que els cristalls de gel i les gotes d'aigua es xoquin i es fusionin. Però això no sempre és així i hi ha alguns que es peguen però no s'uneixen. En el seu lloc, s'alliberen uns electrons de la humitat ascendent. Els electrons alliberats s'acumulen en la part inferior del núvol, per la qual cosa aquesta part del núvol queda carregada negativament. La humitat ascendent, en perdre els electrons, té una càrrega positiva. Per això, es carrega positivament la part superior del núvol. Com la temperatura en la part superior és més baixa, la part superior del núvol es congela formant trossos de gel carregats positivament.
Els impactes i la congelació són constants, per la qual cosa en la part inferior del núvol hi ha cada vegada més càrregues negatives i la intensitat del camp elèctric és major. Finalment, la càrrega negativa en la part inferior dels núvols és tan gran que repel·leix les càrregues negatives de la superfície terrestre. En conseqüència, la superfície de la terra queda carregada positivament. Ara, l'única cosa necessària perquè es produeixi la transferència d'energia és un camí que serveix de pont entre la boira i la terra. El que juga aquest paper és l'aire que envolta el núvol. Però per a això és necessari ionitzar l'aire. I com passa això?
En primer lloc, la part conductora del núvol carregat negativament s'acosta al sòl i atreu les càrregues positives del sòl. En la Terra, les càrregues positives estan en milers de llocs. Per exemple, en agulles de pi o en fulles curtes d'herba. Totes aquestes càrregues positives s'uneixen en l'extrem del conductor, és a dir, l'objecte terrestre també s'ionitza. Al final, la diferència de potencial entre el núvol i la terra és tan gran que l'aire que envolta el núvol es trenca d'alguna manera, s'ionitza. Llavors, el corrent es propaga per l'aire per a neutralitzar la distribució de càrregues. Dit d'alguna manera, aquest trencament d'aire cortocircuita entre el núvol i la terra com si hi hagués un cable metàl·lic entre ambdues.
Però abans que es produeixi aquesta dràstica descàrrega es produeixen una sèrie de descàrregues molt menys energètiques que marquen el camí recorregut pel raig principal. El fenomen comença per tant amb una petita espurna. Aquesta espurna realitza salts en l'aire discontinus a la recerca de regions menys resistents. Si en un punt es troben amb dos o més regions poc resistents, l'espurna inicial es ramifica i les seves branques continuen propagant-se pel camí més senzill possible. En la majoria dels casos, abans que aquestes espurnes arribin al sòl, per algun pic pròxim (edificis, arbres, etc.) surten altres espurnes i es corresponen amb les procedents dels núvols. En aquest moment es produeix la major descàrrega. I és que aquesta descàrrega també és una sèrie de descàrregues separades per una dècima de segon i el número del qual pot arribar als 40.
La velocitat de propagació de la descàrrega en l'aire pot variar entre 30.000 i 160.000 km/s. Quan ocorre, l'aire s'escalfa tant que al final dóna molta llum. I mira, el raig!, ho has vist? Però el raig mai ve en silenci. Com l'aire es propaga tan bruscament, es crea una ona de pressió que produeix el tro. A nosaltres, quan escoltem, ens sembla que frega i es repeteix, perquè percebem el soroll que escoltem cada vegada més prop de la base del núvol. A més, aquest soroll es confon amb el ressò que es produeix per barreres naturals i artificials. Però, tranquil, només és una descàrrega elèctrica d'uns 150 milions de volts!
No t'atraparà el raig!
El raig s'observa quan es produeix la transferència de càrrega positiva o negativa. Aquesta transferència pot ser d'un costat a un altre del núvol, entre els núvols o entre el núvol i la terra. No obstant això, els raigs més nocius són els que es produeixen entre els núvols i la terra. Els més habituals són els de càrrega negativa, entorn del 90%.
Per contra, els llamps de càrrega positiva són estranys i es produeixen sobretot a la fi de la tempesta. No obstant això, són més perillosos que els de càrrega negativa. Això es deu al fet que els corrents d'aire que es generen són dobles i per tant duren més temps. D'aquesta manera, produeixen cremades i augmenta considerablement la temperatura dels objectes afectats pel raig.
En general, la tensió necessària per a ionitzar l'aire i produir un raig és d'uns 300.000 volts per metre. És a dir, si el núvol es troba a 500 metres del sòl, la diferència de potencial perquè es produeixi el raig ha de rondar els 150 milions de volts. D'altra banda, la intensitat d'aquest corrent curt pot variar entre 10.000 i 500.000 amperes.
La llum del raig, si està atent, la veiem immediatament després de la seva formació, ja que es propaga a una velocitat aproximada de 300.000 km/s. La velocitat de propagació del tro és relativament baixa, entorn dels 340 m/s. Mesurant el temps transcorregut des que hem vist el llamp fins que hem sentit el tro, podem calcular la distància aproximada al punt de caiguda del llamp.
Per a això només hem de multiplicar els segons passats per 340. Però, ull!, que no t'esperi que la pluja et calculi! Per si de cas, sàpiga que les gotes de pluja que et deixaran melancòlicament després de la descàrrega elèctrica cauen a una velocitat de 6-7 m/s.
A més, si és possible, l'ideal és entrar a casa o dins del cotxe i observar la bellesa dels raigs des de l'altre costat del cristall. En qualsevol cas, no intenti protegir-se sota el pont, ja que els arbres atreuen als raigs. El més important és que el contacte amb la terra sigui gens ni mica possible i que el cos sigui el més baix possible, d'aquesta manera, si un llamp cau prop de tu, el corrent elèctric costarà passar-se pel teu cos.
Publicat en el suplement Natura de Gara
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
